هیدرومتالورژی تولید تنگستن

تعداد بازدید: 2319
چهارشنبه 03 دي 1393

هیدرومتالورژی تولید تنگستن

هیدرومتالورژی تولید تنگستن (Tungsten production Hydrometallurgy) از منابع اولیه آن شامل چندین مرحله بوده که از فرایند پیش تغلیظ تا تولید پودر فلزی تنگستن را شامل می شود. هر یک از این مراحل پیچید گی ها و ویژگی های خاص خود را داشته که در این بخش مختصری درباره آنها توضیح داده شده است.

فرایند پیش تغلیظ: عملیات فرآوری تنگستن از ابتدا به­ طور انحصاری توسط روش پرعیارسازی ثقلی معمولی انجام می‌ گرفت که در آن عملیات، کنسانتره تولید شده تا حد دستیابی به عیار قابل فروش WO3 که معمولا بیش 65 % بود، تغلیظ می‌ شد. روش پرعیارسازی ثقلی هنوز هم در فرآوری تنگستن به­ کار برده می‌شود و در آینده نیز برای این منظور به ­کار خواهد رفت.

از آن­جایی که فرآیندهای موجود جهت فرآوری ذرات با ابعاد درشت تا متوسط و با عیار کم، جهت توجیه اقتصادی، به میزان خوراک ورودی بالایی نیاز دارند، استفاده از تکنیک‌ها و روش‌های پیش تغلیظ و تجهیزات پرعیارسازی ثقلی با ظرفیت بالا متداول شده است. تغلیظ و پرعیارسازی بخش‌ های ریز نیز توسط فرآیندهای مختلفی مانند روش فلوتاسیون انجام می‌ گیرد.

جداکردن و برگرداندن بخشی از باطله موجود در مواد معدنی قبل از فرآیند اصلی پرعیارسازی را پیش تغلیظ می گویند. جهت انجام این فرایند، روش‌های مختلفی به ­کار می‌ رود. 

جیگ­ها علاوه بر این­که به عنوان وسیله جدایش و در مدار اصلی به­ کار می‌ روند، جهت عملیات پیش تغلیظ کانسارهای کم عیار نیز می‌ توانند استفاده شوند. جدایش واسطه سنگین، یک گزینه رایج جهت عملیات پیش تغلیظ است. از جدا کننده‌های مغناطیسی شدت پایین نیز می‌توان به عنوان وسیله‌ای برای عملیات پیش تغلیظ و حذف موادمغناطیسی موجود در ماده معدنی استفاده کرد.

کانی‌ های تنگستن، مانند دیگر اکسیدهای فلزی معمولاً بسیار ترد و شکننده‌ اند. و بنابراین در مراحل خردایش و آماده‌سازی خوراک جهت دستیابی به حداکثر بازیابی موردنظر فرآیند جدایش، مقدار زیادی نرمه تولید می‌شود.

حل سازی کانی تنگستن (Leaching)

برای حل سازی کانی تنگستن، در بین روش های مختلف و برای حل کردن کنسانتره شیلیت یا سایر سنگ معدن­ های تنگستنی که حاوی شیلیت باشد، از چهار روش استفاده می­ شود:

1- حل سازی اسیدی

2- انحلال با کربنات سدیم در اتوکلاو

3- انحلال با کربنات سدیم

4- انحلال قلیایی

در حل سازی اسیدی، از اسیدهیدروکلریک جهت واکنش با تنگستات کلسیم استفاده شده و در نهایت اسید تنگستیک و کلرید کلسیم تولید می­ شود. عیب این روش مصرف بالای اسید هیدروکلریک بوده و ماکزیمم بازدهی فرآیند 95% است.

از آنجایی که حذف مولیبدن به عنوان یک ناخالصی اولیه نیازمند pH قلیایی است، حل سازی سنگ معدن­ های حاوی مولیبدن بالا با اسید، عموماً فرآیند بسیار گران تری نسبت به روش­ های قلیایی می­ باشد. 

در حل سازی با کربنات سدیم در اتوکلاو، پس از حل سازی، تنگستات سدیم محلول و کربنات سدیم نامحلول حاصل می­ شود. معایب این روش مصرف نسبتاً بالای کربنات سدیم و انجام فرآیند در دما و فشار بالا (180-200 درجه سانتی گراد و فشار 15 اتمسفر) است.

این روش یکی از مهم ­ترین روش­ های توسعه یافته در صنایع تنگستن در چند دهه گذشته است که در سال 1939 در شوروی سابق توسط ماسلینتکی توسعه یافته‌ است، درحال حاضر این روش در بسیاری از مجتمع‌ های صنعتی ـ معدنی جهان مورد استفاده قرار می‌ گیرد. محصولات واسطه‌ ای تولید شده با این روش فرآوری، ممکن است شیلیت مصنوعی و یا آمونیم پاراتنگستات باشند.

در روش  انحلال با کربنات سدیم،  ماده کربنات سدیم و دی اکسید سیلیسیوم به کنسانتره شیلیت افزوده و محصول واکنش، محلول تنگستات سدیم، سیلیکات کلسیم و گاز دی اکسید کربن می­ باشد. عیوب این روش مصرف بالای کربنات سدیم، دمای کاری بسیار بالا (بیش­تر از 1000 درجه سانتی گراد) است که نیازمند {{دیرگداز}}های گران بوده و نیاز به کنترل دقیق مخلوط و دمای واکنش­گرها، جهت رسیدن به ذوبی که به راحتی از مخزن آن خارج شود، دارد.

در انحلال با سود سوزآور، تنگستات کلسیم و هیدروکسید سدیم واکنش داده و در نتیجه تنگستات سدیم محلول و هیدروکسید کلسیم نامحلول طبق واکنش زیر تشکیل می­ شود:

CaWO4 + 2NaOH → Na2WO4 + Ca(OH)2   

این روش هم مصرف بالای سود سوزآور و هم بازدهی پایین فرایند را در پی دارد.

تصفیه

تصفیه شامل دو مرحله اصلی می­ باشد:

 1- جداسازی پسماندهای نامحلول توسط فیلتراسیون.

 2- جداسازی ناخالصی­ های حل شده در محلول تنگستات سدیم

گاهی می ­توان مرحله اول تصیفه با مرحله اول ترسیب ( ترسیب سیلیکا) ترکیب شود. بسته به ماده اولیه و شرایط انحلال، محلول تنگستات سدیم حاصل از فیلتراسیون ممکن است حاوی یون­ های ناخالصی بیش­تر یا کم­تر در مقایسه با کنسانتره باشد. برخی از این یون­ های آلوده کننده شامل سیلیکات، فسفات، آرسنات، مولیبدات، فلوئورید، سرب، بیسموت و آلومینیم می ­باشد. منبع اصلی این آلاینده­ ها، کانی­ های سرباره ­ای بوده و اگر غلظت این مواد زیاد باشد، موجب اختلال در مراحل بعدی پروسه و یا آلوده شدن APT نهایی می­ شود.

مرحله اول جداسازی، ترسیب سیلیکا در محیط قلیایی بوده که در کنار آن سایر یون­ ها مانند فلوئورید و فسفات به صورت جزیی جدا می­ شود. مرحله دوم، جداسازی کاتیون­ های سولفیدی بوده که برای جداسازی مولیبدن اعمال می­ شود اما آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، کبالت و برخی دیگر نیز در کنار مولیبدن رسوب می­ کند.

APT اکثر کارخانه­ های تولید از واکنش­ های ترسیب استفاده می­ کنند که اتلاف زیاد مواد با ارزش را در پی دارد. تنها استثناء در این زمینه کارخانه RP چین بوده که از روش ­های تعویض یونی و جذب استفاده می­ کند. یکی از مزایای تعویض یونی، حذف یون­ های مختل کننده فرآیند مانند سیلیکات، مولیبدات، آرسنات و فسفات هم­زمان با مرحله تبدیل سدیم به تنگستات سدیم بوده که در نتیجه کاهش قابل ملاحظه­ ای هم در هزینه سرمایه گذاری و هم در استفاده از نیروی کار دارد.

کریستاله کردن آمونیوم پارا تنگستات

در این بخش و پس از طی مراحل تصفیه، محلول ایزوپلی تنگستات حاصل از استخراج حلالی را تبخیر کرده که در نتیجه آن آمونیاک و آب بخار می­ شود. بدین وسیله غلظت آمونیاک در محلول اولیه کاهش و در همان زمان غلظت WO3 بالا می ­رود. درجه تبخیر بستگی به میزان محلول تزریقی و خلوص مورد نیاز APT دارد. خواص فیزیکی APT کریستاله شده به مقدار زیادی متاثر از شرایط کریستاله شدن بوده که برای مرحله احیای هیدروژنی و تبدیل به پودر تنگستن حائز اهمیت است.

کریستاله کردن نه تنها محلول را به نمک جامد تبدیل می­ کند بلکه می ­تواند آخرین مرحله تصفیه نیز در هیدرومتالورژی باشد. دوغاب کریستالی توسط فیلتراسیون و شستشو با آب مقطر از محلول اولیه (مادر) جدا می­ شود. آب مصرفی بازیابی شده و APT خشک می­ شود.

کلسینه کردن

تری اکسید تنگستن را می­ توان از طریق کلسیناسیون آمونیوم پاراتنگستات و یا کلسیناسیون اسید تنگستیک تولید کرد. برای کلسیناسیون اسید تنگستیک باید این ماده را به مدت دو ساعت در دمای 750 تا 800 درجه سانتی­ گراد نگهداری کرد. پس از پایان این عملیات، پودر تری اکسید تنگستن زرد رنگ حاصل خواهد شد.

احیا هیدروژنی و تولید پودر تنگستن

مرحله تولید پودر تنگستن بسیار مهم و حیاتی می­ باشد زیرا بسیاری از خواص مورد نیاز جهت انجام فرآیندهای بعدی مانند فشردن، زینترینگ و فلزکاری متاثر از آن می­ باشد. 80 تا 90 درصد تنگستن تولیدی در جهان به مصرف متالورژی پودر رسیده و می ­بایست فرآیندهای ذکرشده را طی کند.

امروزه تولید پودرتنگستن توسط احیاء هیدروژنی اکسیدهای تنگستن با خلوص بالا انجام می ­شود. احیا با کربن که در اوایل سال­ های تولید پودر به کار می­ رفت، امروزه تنها جهت تولید کاربید تنگستن (کربوریزاسیون  مستقیم) استفاده می­ شود. احیاء هیدروژنی هالیدهای تنگستن (روش Axel Johnson) هنوز در مقیاس بزرگ به کار نرفته است.

ماده اولیه این مرحله تری اکسید تنگستن (WO3) و یا اکسید تنگستن آبی (WO3-x) بوده که دومی بیش­تر استفاده می­ شود. از اسید تنگستیک نیز در موارد خاص استفاده می­ شود. احیاء هیدروژنی اکسیدهای تنگستن به تنگستن فلزی فرآیندی منحصر به فرد بوده که امکان تولید پودر تنگستن با هر اندازه مطلوبی بین 0/1 تا µm 10 را فراهم می­ کند. شماتیک کلی فرایند در شکل زیر نشان داده شده است.

احیا هیدروژنی اکسید تنگستن

با تغییر پارامترهای احیاء، مشخصات پودر تنگستن مانند میانگین اندازه ذره، توزیع آن­ها و ... تغییر می­ کند. دما و رطوبت دو عامل اصلی جهت رسیدن به میانگین اندازه دانه مطلوب پودر تنگستن است. پارامترهای احیاء علاوه بر اندازه ذره بر توزیع اندازه دانه، آگلومراسیون، چگالی ظاهری و مورفولوژی دانه ها نیز موثر است.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Lassner. E , Schubert. W, Tungsten: Properties, Chemistry, Technology of Element, Alloys and Cemichal Compound, Springer, 1999

Pandey. B. D., Bagchi. D., Kumar. V., Processing of Tungsten Preconcentrate from Low Grade Ore to Recover Metallic Values, Min. Pro. Ext. Met. Rev., Vol. 22, 2001, pp:101-120

Peimei. S., Zhouxi. C., Honggui. L., A New Technology for Production of High Purity Paratungstate Ammonium from Low Grade Tungsten Concentrate, J. Cen. South Uni. Tech., Vol. 3, No. 2, 1996, pp:171-176

Martin. B. E., et al. Tungsten Recovery from Tungsten Ore concentrates by Caustic Baking, US Patent, No. 3911077, 1975

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلا مانع است

tungsten hydro metallurgy
tungsten production
برچسب ها: تنگستنغیر آهنی
حضور شرکت پاکمن در نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجاری از کشورهای اسلامی
عنوان: نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجا ...بیشتر
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97 ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر